(57)【要約】【課題】  振動型の角速度センサにおいて、重力による振動子の変位をキャンセルして振動子の適切な振動状態を実現する。【解決手段】  基部２０と、基部２０に連結された振動子３０、４０と、振動子３０、４０をｘ方向へ駆動振動させるための加振手段３４、４４、２１１〜２１４、２２０と、振動子３０、４０の駆動振動のもと角速度が印加されたときにｘ方向と直交するｙ方向への振動子３０、４０の振動に基づいて角速度を検出する検出手段６０、７０、２３１〜２３４とを備える角速度センサ１００において、重力によって振動子３０、４０が重力方向へ変位した変位量をキャンセルするように、振動子３０、４０の位置を調整する位置調整手段８１、８２、２５０が備えられている。【選択図】        図２
2006017624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部（２０）と、
前記基部（２０）に連結された振動子（３０、４０）と、
前記振動子（３０、４０）を第１の方向（ｘ）へ駆動振動させるための加振手段（３４、４４、２１１〜２１４、２２０）と、
前記振動子（３０、４０）の駆動振動のもと角速度が印加されたときに前記第１の方向（ｘ）と直交する第２の方向（ｙ）への前記振動子（３０、４０）の振動に基づいて前記角速度を検出する検出手段（６０、７０、２３１〜２３４）とを備える角速度センサにおいて、
前記第１の方向（ｘ）および前記第２の方向（ｙ）と直交する検出軸（ｚ）を水平面と平行にし、前記第１の方向（ｘ）を鉛直方向とした場合、重力によって前記振動子（３０、４０）が重力方向へ変位した変位量をキャンセルするように、前記振動子（３０、４０）の位置を調整する位置調整手段（８１、８２、２５０）が備えられていることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記加振手段（３４、４４、２１１〜２１４、２２０）は、前記振動子（３０、４０）を駆動振動させるための駆動電圧を印加し、静電引力を発生させるものであり、
前記位置調整手段は、前記振動子（３０、４０）との間の容量変化に基づいて前記振動子（３０、４０）の振動状態をモニタするモニタ手段（８１、８２）と、前記モニタ手段（８１、８２）からの信号に基づいて前記加振手段（３４、４４、２１１〜２１４、２２０）から発せられる前記駆動電圧のＤＣ成分を調整する調整手段（２５０）とから構成されるものであることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記振動子は、それぞれ前記基部（２０）に連結された第１の振動子（３０）と第２の振動子（４０）とよりなり、
前記位置調整手段（８１、８２、２５０）は、前記第１の振動子（３０）と前記第２の振動子（４０）とのそれぞれについて設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記加振手段（３４、４４、２１１〜２１４、２２０）により、前記第１および第２の振動子（３０、４０）は、前記第１の方向（ｘ）へ互いに逆相で駆動振動するようになっていることを特徴とする請求項３に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子を加振手段により駆動振動させ、角速度が印加されたときに該駆動振動方向と直交する方向への振動子の振動に基づいて角速度を検出するようにした振動型の角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の振動型の角速度センサとしては、一般に、基部と、この基部に連結された振動子と、この振動子を第１の方向へ駆動振動させるための加振手段と、振動子の駆動振動のもと角速度が印加されたときに第１の方向と直交する第２の方向への振動子の振動に基づいて角速度を検出する検出手段とを備えるものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、一般的なこの種の角速度センサ８００における回路部９００を含めた構成を示す図である。
【０００４】
図４に示される角速度センサ８００は、シリコン基板等の半導体基板１０よりなり、この半導体基板１０に、エッチング等の周知の半導体製造技術を用いて溝を形成することにより、図１に示されるように、外周部に基部２０、その内周部に２個の振動子３０、４０、および各電極等が区画形成されている。
【０００５】
ここでは、角速度センサ８００は、振動子を、それぞれ基部２０に対して可動に連結された第１の振動子３０と第２の振動子４０とより構成したものである。
【０００６】
また、回路部９００は、図示しない別のＩＣチップに形成されたものか、または、角速度センサ８００を構成する半導体基板１０に、トランジスタ等の素子を半導体製造技術を用いて一体に形成してなるものである。回路部９００と基部２０、振動子３０、４０、および各電極等との接続は、ボンディングワイヤや各種の配線部材などにより行うことができる。
【０００７】
基部２０の内周に位置する第１の振動子（図中、下側）３０および第２の振動子（図中、上側）４０は、図１中のｘ方向（第１の方向）に沿って並べられており、両方とも基部２０に対して可動となっている。
【０００８】
両振動子３０、４０は、フレーム部３１、４１と、このフレーム部３１、４１の内側に位置する略矩形状の矩形部３２、４２と、これらフレーム部３１、４１と矩形部３２、４２とを連結する検出梁３３、４３とを備えている。そして、両振動子３０、４０は、フレーム部３１、４１にて駆動梁５０を介して基部２０に連結支持されている。
【０００９】
駆動梁５０、図１中のｘ方向（第１の方向）へ自由度を持つもので、また、検出梁３３、４３は、図１中のｙ方向（第２の方向）へ自由度を持つものである。
【００１０】
また、第１の振動子３０と第２の振動子４０において、それぞれの振動子３０、４０のｘ方向に沿った両側には、両振動子３０、４０をｘ方向へ互いに逆相に駆動振動させるために静電気力を発生させる加振手段が設けられている。
【００１１】
ここで、加振手段は、駆動電極３４、４４、および、回路部８００におけるアンプ８１１、８１２、８１３、８１４および駆動信号発生回路８２０により構成される。
【００１２】
この加振手段においては、駆動信号発生回路８２０およびアンプ８１１〜８１４によって、駆動電極３４、４４に対して駆動電圧が印加される。この駆動電圧は正弦波や矩形波などの交流電圧である。
【００１３】
ここでは、各振動子３０、４０において、両側の駆動電極３４、４４にて互いに逆相の交流電圧が印加されるようになっている。すると、各振動子３０、４０は、静電気力によって、互いに逆相でｘ方向（駆動方向ｘ）へ駆動振動する。
【００１４】
また、図４に示されるように、基部２０と連結されて角速度を検出するための検出手段が、各振動子３０、４０毎に設けられている。検出手段は、検出電極６０、７０、および、回路部９００におけるＣ／Ｖ変換器９３１、９３２、９３３、９３４により構成されている。
【００１５】
そして、振動子３０、４０の駆動振動のもと図４中のｚ軸（検出軸）回りに角速度が印加されたときに、コリオリ力によってｘ方向と直交するｙ方向（検出方向ｙ）へ振動子３０、４０が振動するが、このｙ方向への振動子３０、４０の振動によって、検出電極６０、７０と検出電極６０、７０と対向する振動子３０、４０の矩形部３２、４２の部位との間の容量が変化し、この容量変化をＣ／Ｖ変換器９３１〜９３４により電圧に変換して、出力するようになっている。
【００１６】
ここでは、第１の振動子３０における２個のＣ／Ｖ変換器９３１と９３２との差動出力をとり、一方、第２の振動子４０における２個のＣ／Ｖ変換器９３３と９３４との差動出力をとり、さらに、これら２個の差動出力の差動をとり、これを角速度信号として出力する。それにより、互いに逆相に駆動振動する第１および第２の振動子３０、４０によって、ｙ方向における加速度成分をキャンセルした角速度信号を得ることができる。
【００１７】
なお、図４に示されるように、角速度センサ８００の回路部９００には、各振動子３０、４０を一定電位にするための一定電位部９４０が設けられており、この一定電位部９４０は、振動子３０、４０のフレーム部３１、４１を支持する基部２０に電気的に接続されている。
【特許文献１】特開２００３−４２７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、上記した角速度センサ８００を鉛直軸回りの角速度すなわちヨーレートを検出するために用いる場合、振動子３０、４０の駆動方向ｘとコリオリ力が働く検出方向ｙは、ともに水平面上で互いに垂直に設定される。そのため、振動子３０、４０は左右に均等に駆動振動する。
【００１９】
しかしながら、この角速度センサ８００を、ヨーレート以外、たとえば前後方向軸回りの角速度すなわちロールレートや、左右方向軸回りの角速度すなわちピッチレートを検出するために用いる場合には、その回りに角速度が発生する軸である検出軸（上記ｚ軸）を水平面とするため、上記の駆動方向ｘもしくは検出方向ｙのいずれか一方が重力方向と一致する。
【００２０】
すると、振動子３０、４０には、その振動方向に対して常に重力１Ｇが加わった状態となる。そのため、振動子３０、４０が重力１Ｇで、振動方向の一方に引っ張られた状態で駆動振動することになり、左右の振動で駆動梁の変形状態が異なり、振動状態が不均一になる。
【００２１】
また、検出方向ｙと重力方向とが一致した場合には、振動子３０、４０が常に幾何学的中心、すなわち静止時且つ重力が加わらないときにおける振動子の位置から、ずれた位置にあるため、検出梁が変形し、駆動振動が検出方向ｙに漏れ、これがノイズの原因となってしまう。ただし、検出電極の出力を差動で取っているため、原理的に打ち消すことが可能である。
【００２２】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、振動型の角速度センサにおいて、重力による振動子の変位をキャンセルして振動子の適切な振動状態を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明によれば、基部（２０）と、基部（２０）に連結された振動子（３０、４０）と、振動子（３０、４０）を第１の方向（ｘ）へ駆動振動させるための加振手段（３４、４４、２１１〜２１４、２２０）と、振動子（３０、４０）の駆動振動のもと角速度が印加されたときに第１の方向（ｘ）と直交する第２の方向（ｙ）への振動子（３０、４０）の振動に基づいて角速度を検出する検出手段（６０、７０、２３１〜２３４）とを備える角速度センサにおいて、ロール・ピッチの角速度などを検出するために、第１の方向（ｘ）および第２の方向（ｙ）と直交する検出軸（ｚ）を水平面と平行にし、第１の方向（ｘ）を鉛直方向とした場合、重力によって振動子（３０、４０）が重力方向へ変位した変位量をキャンセルするように、振動子（３０、４０）の位置を調整する位置調整手段（８１、８２、２５０）が備えられていることを特徴としている。
【００２４】
それによれば、位置調整手段（８１、８２、２５０）によって、重力によって振動子（３０、４０）が重力方向へ変位した変位量をキャンセルするように、振動子（３０、４０）の位置を調整することができる。
【００２５】
そのため、本発明によれば、振動型の角速度センサにおいて、重力による振動子（３０、４０）の変位をキャンセルして振動子（３０、４０）の適切な振動状態を実現することができる。
【００２６】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の角速度センサにおいては、加振手段（３４、４４、２１１〜２１４、２２０）は、振動子（３０、４０）を駆動振動させるための駆動電圧を印加し、静電引力を発生させるものであり、位置調整手段は、振動子（３０、４０）との間の容量変化に基づいて振動子（３０、４０）の振動状態をモニタするモニタ手段（８１、８２）と、モニタ手段（８１、８２）からの信号に基づいて加振手段（３３、３４、２１１〜２１４、２２０）から発せられる駆動電圧のＤＣ成分を調整する調整手段（２５０）とから構成されるものにできる。
【００２７】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の角速度センサにおいては、振動子は、それぞれ基部（２０）に連結された第１の振動子（３０）と第２の振動子（４０）とよりなり、位置調整手段（８１、８２、２５０）は、第１の振動子（３０）と第２の振動子（４０）とのそれぞれについて設けられているようなものにすることができる。
【００２８】
さらに、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の角速度センサにおいては、加振手段（３４、４４、２１１〜２１４、２２０）により、第１および第２の振動子（３０、４０）は、第１の方向（ｘ）へ互いに逆相で駆動振動するようになっているものにできる。
【００２９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態に係る角速度センサ１００の概略平面構成を示す図であり、図２は、同角速度センサ１００における回路部２００を含めた構成を示す図である。なお、図１、図２におけるハッチングは識別のために便宜上施したものである。
【００３２】
本角速度センサ１００は、シリコン基板等の半導体基板１０よりなり、この半導体基板１０に、エッチング等の周知の半導体製造技術を用いて溝を形成することにより、図１に示されるように、外周部に基部２０、その内周部に２個の振動子３０、４０、および各電極等が区画形成されている。
【００３３】
本角速度センサ１００は、振動子を、それぞれ基部２０に対して可動に連結された第１の振動子３０と第２の振動子４０とより構成したものである。
【００３４】
また、回路部２００は、図示しない別のＩＣチップに形成されたものか、または、角速度センサ１００を構成する半導体基板１０に、トランジスタ等の素子を半導体製造技術を用いて一体に形成してなるものである。回路部２００と基部２０、振動子３０、４０、および各電極等との接続は、ボンディングワイヤや各種の配線部材などにより行うことができる。
【００３５】
基部２０の内周に位置する第１の振動子（図中、下側）３０および第２の振動子（図中、上側）４０は、互いに対称形状をなしている。本例では、両振動子３０、４０は、図１中のｘ方向（第１の方向）に沿って並べられており、両方とも基部２０に対して可動となっている。
【００３６】
これら両振動子３０、４０は、たとえば、トレンチエッチングのあとにさらにリリースエッチングを行うことにより、基部２０との連結部以外では、半導体基板１０から浮遊した形となっている。
【００３７】
両振動子３０、４０は、フレーム部（第１の振動部）３１、４１と、このフレーム部３１、４１の内側に位置する略矩形状の矩形部（第２の振動部）３２、４２と、これらフレーム部３１、４１と矩形部３２、４２とを連結する検出梁３３、４３とを備えている。そして、両振動子３０、４０は、フレーム部３１、４１にて駆動梁５０を介して基部２０に連結支持されている。
【００３８】
駆動梁５０、図１中のｘ方向（第１の方向）へ自由度を持つもので、本例では、ｘ方向へバネ変形可能な様に、ｙ方向へ延びる形状をなしている。また、検出梁３３、４３は、図１中のｙ方向（第２の方向）へ自由度を持つもので、本例では、ｙ方向へバネ変形可能な様に、ｘ方向へ延びる形状をなしている。
【００３９】
また、第１の振動子３０と第２の振動子４０において、それぞれの振動子３０、４０のｘ方向に沿った両側には、両振動子３０、４０をｘ方向へ互いに逆相に駆動振動させるために振動を発生させる加振手段としての駆動電極３４、４４が設けられている。
【００４０】
各駆動電極３４、４４は、櫛歯状をなすものであり、この駆動電極３４、４４と対向する振動子３０、４０のフレーム部３１、４１の部位には、この駆動電極３４、４４における櫛歯部とかみ合うように櫛歯部３１ａ、４１ａが形成されている。
【００４１】
作動などは後述するが、この加振手段としての駆動電極３４、４４は、次のようなものとして構成されている。
【００４２】
駆動電極３４、４４は、図２に示される回路部２００におけるアンプ２１１、２１２、２１３、２１４および駆動信号発生回路２２０とともに、本角速度センサ１００における加振手段を構成するものである。
【００４３】
この加振手段においては、駆動信号発生回路２２０およびアンプ２１１〜２１４によって、駆動電極３４、４４に対して駆動電圧が印加される。ここでは、駆動電圧は正弦波や矩形波などの交流電圧である。
【００４４】
ここで、各振動子３０、４０においては、図１に示されるように、図中の上下両側に駆動電極３４、４４が設けられているが、各振動子３０、４０において、両側の駆動電極３４、４４にて互いに逆相の交流電圧が印加されるようになっている。
【００４５】
なお、各振動子３０、４０毎に２個のアンプが設けられているが、上記逆相の交流電圧を発生するために、一方のアンプ２１２、２１３には、インバータ２１２ａ、２１３ａが設けられている。
【００４６】
すると、各振動子３０、４０は、駆動電極３３、４４による静電気力でｘ方向へ振動する。これが各振動子３０、４０の駆動振動である。さらに、本実施形態では、互いの振動子３０と４０とが逆相で駆動振動する。
【００４７】
つまり、第１の振動子３０が、ｘ方向に沿って、図１中の上側に向かって変位しているとき、第２の振動子４０は、図１中の下側に向かって変位する。このように、第１および第２の振動子３０、４０を互いに逆相に駆動振動させることは、ｙ方向における加速度成分をキャンセルするためである。
【００４８】
また、図１に示されるように、基部２０と連結されて角速度を検出するための検出手段としての検出電極６０、７０が、各振動子３０、４０毎に設けられている。
【００４９】
各検出電極６０、７０は、基部２０から突出して各振動子３０、４０の矩形部３２、４２に対向して設けられている。この各検出電極６０、７０と検出電極６０、７０と対向する振動子３０、４０の矩形部３２、４２の部位とは、本例では、平行な状態で対向した容量部を形成している。
【００５０】
作動などは後述するが、この検出手段としての検出電極６０、７０は、次のようなものとして構成されている。
【００５１】
検出電極６０、７０は、図２に示される回路部２００におけるＣ／Ｖ変換器２３１、２３２、２３３、２３４とともに、本角速度センサ１００における検出手段を構成するものである。
【００５２】
この検出手段は、振動子３０、４０の駆動振動のもと図１中の検出軸であるｚ軸回りに角速度が印加されたときにｘ方向と直交するｙ方向への振動子３０、４０の振動に基づいて角速度を検出するものである。
【００５３】
具体的には、ｙ方向への振動子３０、４０の振動によって、検出電極６０、７０と検出電極６０、７０と対向する振動子３０、４０の矩形部３２、４２の部位との間の容量が変化し、この容量変化をＣ／Ｖ変換器２３１〜２３４により電圧に変換して、出力するものである。
【００５４】
ここでは、第１の振動子３０における２個のＣ／Ｖ変換器２３１と２３２との差動出力をとり、一方、第２の振動子４０における２個のＣ／Ｖ変換器２３３と２３４との差動出力をとり、さらに、これら２個の差動出力の差動をとり、これを角速度信号として出力する。それにより、互いに逆相に駆動振動する第１および第２の振動子３０、４０によって、ｙ方向における加速度成分をキャンセルした角速度信号を得ることができる。
【００５５】
また、図２に示されるように、角速度センサ１００の回路部２００には、各振動子３０、４０を一定電位にするための一定電位部２４０が設けられており、この一定電位部２４０は、振動子３０、４０のフレーム部３１、４１を支持する基部２０に電気的に接続されている。
【００５６】
このように、本実施形態の角速度センサ１００は、基本的には、基部２０と、基部２０に連結された振動子３０、４０と、振動子３０、４０をｘ方向へ駆動振動させるための加振手段３４、４４、２１１〜２１４、２２０と、振動子３０、４０の駆動振動のもと検出軸ｚ回りに角速度が印加されたときにｘ方向と直交するｙ方向への振動子３０、４０の振動に基づいて当該角速度を検出する検出手段６０、７０、２３１〜２３４とを備えるものである。
【００５７】
そして、本実施形態では、図１、図２に示されるように、このような角速度センサ１００において、ロール・ピッチの角速度を検出するために、ｘ方向およびｙ方向と直交する検出軸ｚを水平面と平行にし、ｘ方向を鉛直方向とした場合、重力によって振動子３０、４０が重力方向へ変位した変位量をキャンセルするように、振動子３０、４０の位置を調整する位置調整手段８１、８２、２５０を備えた独自の構成を有している。
【００５８】
具体的に、本実施形態では、上記加振手段は、振動子３０、４０を駆動振動させるための駆動電圧を印加し、静電引力を発生させるものであり、位置調整手段は、半導体基板１０の外周部に設けられたモニタ電極８１、８２と、回路部２００に設けられた振動子位置制御回路２５０とから構成される。
【００５９】
モニタ電極８１、８２は、振動子３０、４０との間の容量変化に基づいて振動子３０、４０の振動状態をモニタするモニタ手段として構成されている。ここでは、モニタ電極８１、８２は、振動子３０、４０のフレーム部３１、４１の部位に設けられた櫛歯部３１ａ、４１ａとかみ合うように対向した櫛歯状をなすものであり、対向する櫛歯部３１ａ、４１ａとの間に容量部が形成されたものである。
【００６０】
振動子３０、４０の駆動振動において、振動子３０、４０の振動状態が変化すると、振動子３０、４０とモニタ電極８１、８２との間の容量が変化する。すると、このモニタ電極８１、８２における容量変化の信号が、振動子３０、４０の振動状態の変化として、振動子位置制御回路２５０に送られる。
【００６１】
そして、振動子位置制御回路２５０は、このモニタ電極８１、８２からの信号に基づいて上記加振手段から発せられる駆動電圧のＤＣ成分を調整する調整手段として構成されている。
【００６２】
具体的には、振動子位置制御回路２５０は、加振手段における各アンプ２１１〜２１４の仮想グランド（ＧＮＤ）を調整して、駆動電圧のＤＣ成分（直流成分）を変化させるものである。
【００６３】
なお、上述したように、回路部２００と基部２０、振動子３０、４０、および各電極等との電気的接続は、ボンディングワイヤや各種の配線部材などにより行うことができるが、これら基部２０、振動子３０、４０、および各電極には、アルミ等よりなる図示しないパッドが形成されており、このパッドに、ボンディングワイヤや各種の配線部材などが接続されるようになっている。
【００６４】
次に、本角速度センサ１００の作動について述べる。まず、加振手段３３、３４、２１１〜２１４、２２０によって、駆動電極３４、４４に対して駆動電圧を印加する。すると、上述したように、第１および第２の振動子３０、４０を互いに逆相に駆動振動する。
【００６５】
具体的には、駆動電極３４、４４における上記櫛歯部と振動子３０、４０における上記櫛歯部３１ａ、４１ａとの間の静電気力の作用により、振動子３０、４０が駆動電極３４、４４に対して、近づいたり離れたりするようにｘ方向に沿って振動する。このとき、第１の振動子３０と第２の振動子４０とでは、駆動電圧の交流成分が逆相であるため、ｘ方向に沿って互いに逆方向（つまり、逆相）に振動が発生する。
【００６６】
こうして、両振動子３０、４０が駆動振動しているときに、検出軸ｚすなわちｚ軸（図１参照）回りに角速度が印加されると、各振動子３０、４０にはｙ方向へ互いに逆方向のコリオリ力が作用する。すると、このコリオリ力によって、各振動子３０、４０における矩形部３２、４２は、それぞれ、検出梁３３、４３の作用により、ｙ方向へ互いに逆相にて振動（検出振動）する。
【００６７】
この検出振動において、各振動子３０、４０に対応する検出電極６０、７０における容量が、印加角速度（コリオリ力）の大きさに応じて変化する。この容量変化は、上記Ｃ／Ｖ変換器２３１〜２３４にて電圧に変換される。このとき、上記したように、各差動出力をとることによって、検出手段からの出力が角速度信号として得られる。
【００６８】
このような角速度センサ１００によれば、上述したように、両振動子３０、４０を逆相に駆動振動させることによって、外部加速度をキャンセルしつつ、角速度の検出信号を２個の振動子３０、４０からの足し合わせとして感度良く検出することができるという利点がある。以上が、本角速度センサ１００による角速度検出の基本動作である。
【００６９】
ここにおいて、本角速度センサ１００を、前後方向軸回りの角速度すなわちロールレートや、左右方向軸回りの角速度すなわちピッチレートを検出するために用いる場合には、駆動方向ｘもしくは検出方向ｙのいずれか一方が重力方向と一致する。そのため、上述したように、重力によって振動子３０、４０の振動状態が不均一になる。
【００７０】
しかし、本実施形態の角速度センサ１００においては、位置調整手段８１、８２、２５０を備えることにより、ｘ方向（すなわち駆動方向）重力が加わっても振動子３０、４０の振動状態を適切なものにできるようにしている。
【００７１】
重力が駆動方向ｘに加わると、振動子３０、４０の駆動振動において、振動子３０、４０は、重力方向すなわち駆動方向ｘの一方へ、重力が加わった分、変位し、この変位量の分、振動子３０、４０の駆動振動における振動状態が変化する。
【００７２】
本実施形態では、この振動子３０、４０の振動状態の変化を、モニタ電極８１、８２における容量変化の信号として検出し、この信号は振動子位置制御回路２５０に送られる。そして、振動子位置制御回路２５０は、このモニタ電極８１、８２からの信号に基づいて上記加振手段から発せられる駆動電圧のＤＣ成分を調整する。
【００７３】
具体的には、上述したが、振動子位置制御回路２５０は、加振手段における各アンプ２１１〜２１４の仮想グランド（ＧＮＤ）を調整して、駆動電圧のＤＣ成分（直流成分）を変化させる。
【００７４】
より具体的にいうと、たとえば、図１、図２中の下方に重力が加わるとすると、振動子３０、４０も同じ下方へ変位する。
【００７５】
この振動状態の変化をモニタ電極８１、８２でモニタし、振動子位置制御回路２５０は、各振動子３０、４０における図中の上側の駆動電極３４、４４に対応したアンプ２１２、２１４における仮想ＧＮＤを調整して、当該アンプ２１２、２１４に対応する駆動電極３４、４４の駆動電圧のＤＣ成分を大きくする。
【００７６】
それにより、図１、図２中の下方に重力が加わっても、振動子３０、４０の振動中心は、静止時且つ重力が加わらないときにおける振動子の位置に復帰する。このように振動子３０、４０の位置が調整されるため、振動子３０、４０の駆動振動は不均一にならず適切なものになる。
【００７７】
このように、本実施形態によれば、基部２０と、基部２０に連結された振動子３０、４０と、振動子３０、４０をｘ方向へ駆動振動させるための加振手段３４、４４、２１１〜２１４、２２０と、振動子３０、４０の駆動振動のもと角速度が印加されたときにｘ方向と直交するｙ方向への振動子３０、４０の振動に基づいて角速度を検出する検出手段６０、７０、２３１〜２３４とを備える角速度センサにおいて、ｘ方向およびｙ方向と直交する検出軸ｚを水平面と平行にし、ｘ方向を鉛直方向とした場合、重力によって振動子３０、４０が重力方向へ変位した変位量をキャンセルするように、振動子３０、４０の位置を調整する位置調整手段８１、８２、２５０が備えられていることを特徴とする角速度センサ１００が提供される。
【００７８】
それによれば、上述したように、位置調整手段８１、８２、２５０によって、重力によって振動子３０、４０が重力方向へ変位した変位量をキャンセルするように、振動子３０、４０の位置を調整することができる。
【００７９】
そのため、本実施形態によれば、振動型の角速度センサ１００において、重力による振動子３０、４０の変位をキャンセルして振動子３０、４０の適切な振動状態を実現することができる。
【００８０】
ここで、本実施形態では、加振手段３３、３４、２１１〜２１４、２２０は、振動子３０、４０を駆動振動させるための駆動電圧を印加し、静電引力を発生させるものであり、位置調整手段は、振動子３０、４０との間の容量変化に基づいて前記振動子３０、４０の振動状態をモニタするモニタ手段８１、８２と、モニタ手段８１、８２からの信号に基づいて加振手段３３、３４、２１１〜２１４、２２０から発せられる駆動電圧のＤＣ成分を調整する調整手段２５０とから構成されるものとしている。
【００８１】
また、本実施形態では、振動子は、それぞれ基部２０に連結された第１の振動子３０と第２の振動子４０とよりなるが、位置調整手段８１、８２、２５０は、第１の振動子３０と第２の振動子４０とのそれぞれについて設けられていることも特徴点である。
【００８２】
［変形例］
上記したように、本実施形態の角速度センサ１００は、ロールレートやピッチレートを検出するために用いる場合において、重力による振動子３０、４０の変位をキャンセルして振動子３０、４０の適切な振動状態を実現することができる。
【００８３】
しかし、本角速度センサ１００を、常に一定方向に重力が加わる環境で用いる場合には、重力による振動子３０、４０の変位量も決まってくるので、あらかじめ、その変位量を見込んで、加振手段３４、４４、２１１〜２１４、２２０から発せられる駆動電圧のＤＣ成分をある一定値となるように調整しておいてもよい。つまり、この場合には、位置調整手段としては、モニタ手段は不要となる。
【００８４】
これの一例として、検出軸ｚ方向への重力の影響をキャンセルする方法として応用できる。図３（ａ）に示されるように、本角速度センサ１００は、半導体基板１０として、一対のシリコン基板１１、１２を酸化膜（絶縁層）１３を介して貼り合わせてなるＳＯＩ基板を用いて、一方のシリコン基板１１に対して、上記基部２０や振動子３０、４０、各電極などを形成したものとできる。
【００８５】
この場合、他方のシリコン基板１２が角速度センサ１００における各部を支持する支持基板１２として構成される。
【００８６】
そして、図３（ａ）に示されるように、本角速度センサ１００を、振動子３０、４０が形成されている側のシリコン基板１１を下側にして回路チップ２１０上に、接合部材２２０を介して搭載する。すなわち、フリップチップの形態で搭載する。この場合、鉛直方向すなわちｚ軸回りの角速度であるヨーレートを検出するセンサとなる。
【００８７】
ここで、接合部材２２０は、電気的接続を行う必要がある場合には、導電性の接合部材とし、その必要がない場合には、非導電性の接合部材であってもよい。なお、回路チップ２１０には、上記した角速度センサ１００における回路部２００が形成されている。
【００８８】
この図３（ａ）に示されるような構造の場合、図中の上側が天、下側が地の方向となり、半導体基板１０から回路チップ２１０へ向かう方向に重力が作用する。すると、振動子３０、４０には、常に、この重力が作用した状態となる。
【００８９】
このような重力の作用が行われる状態の場合、図３（ｂ）に示されるように、振動子３０、４０の裏側における支持基板１２との対向部すなわち半導体基板１０における他方のシリコン基板１２に背面電極１２ａを形成し、この背面電極１２ａと振動子３０、４０との間にＤＣバイアスを印加する可変電圧電源３００を設ける。
【００９０】
ここで、背面電極１２ａは、拡散層や埋め込み膜などからなる導体層として構成することができる。
【００９１】
この可変電圧電源３００は、重力によって振動子３０、４０が重力方向へ変位した変位量をキャンセルするように、振動子３０、４０の位置を調整する位置調整手段として構成されている。
【００９２】
具体的には、振動子３０、４０には常に地方向に重力が加わっているため、その重力により振動子３０、４０が地方向へ変位する変位量を見込んで、振動子３０、４０を天側へ上げるように、可変電圧電源３００から一定のＤＣバイアスを振動子３０、４０に印加する。
【００９３】
このように、本変形例における角速度センサ１００においても、重力による振動子３０、４０の変位をキャンセルして振動子３０、４０の適切な振動状態を実現することができる。
【００９４】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、振動子は、それぞれ基部２０に連結された第１の振動子３０と第２の振動子４０とからなるものであったが、振動子は１個であってもよく、また、３個以上であってもよい。
【００９５】
また、上記実施形態では、位置調整手段は、静電気力によって振動子の位置を調整するものであったが、振動子の位置を調整する手法としては、静電気力に限定されるものではない。
【００９６】
たとえば、振動子を電磁駆動させる角速度センサにおいては、電磁力を用いて振動子の位置を調整するようにしてもよい。また、ピエゾ素子を振動子として用いた角速度センサなどにおいては、ピエゾ素子に電圧などを印加することにより、振動子の位置を調整するようにしてもよい。
【００９７】
要するに、本発明は、基部と、基部に連結された振動子と、振動子を第１の方向へ駆動振動させるための加振手段と、振動子の駆動振動のもと角速度が印加されたときに第１の方向と直交する第２の方向への振動子の振動に基づいて角速度を検出する検出手段とを備える角速度センサにおいて、重力によって振動子が重力方向へ変位した変位量をキャンセルするように、振動子の位置を調整する位置調整手段を備えたことを要部とするものであり、その他の部分については、適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施形態に係る角速度センサの概略平面構成を示す図である。
【図２】図１に示される角速度センサにおける回路部を含めた構成を示す図である。
【図３】上記実施形態の変形例としての角速度センサの構成を示す概略断面図である。
【図４】一般的なこの種の角速度センサにおける回路部を含めた構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９９】
２０…基部、３０…第１の振動子、４０…第２の振動子、
３４、４４…加振手段としての駆動電極、
６０、７０…検出手段としての検出電極、
８１、８２…位置調整手段におけるモニタ手段としてのモニタ電極、
２１１〜２１４…加振手段としてのアンプ、
２２０…加振手段としての駆動信号発生回路、
２３１〜２３４…検出手段としてのＣ／Ｖ変換器、
２５０…位置調整手段における調整手段としての振動子位置制御回路。
【図１】
2006017624.tif 000003
【図２】
2006017624.tif 000004
【図３】
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【図４】
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